用于波分复用的缺陷态复周期结构光子晶体滤波器的研究

利用传输矩阵法，研究了一种用于波分复用的光子晶体滤波器。该结构是中间包含一个缺陷层的一维三层念质的光子晶体，叫做缺陷态复周期结构光子晶体。通过数值计算得出它的色散关系和滤波特性。当改变缺陷层的厚度并保持其折射率不变时，带隙中将出现个数不同的局域模。缺陷层厚度增加时，局域模数也随着增加。适当调节缺陷层厚度，使带隙中出现八个窄带滤波窗口，能很好的用作八通道波分复用一解复用滤波器。由于很高的传输率和低的传输损耗，故在高速，长距离光通信中将有很好的应用。     

含复合缺陷层的光子晶体的光学特性

运用传输矩阵法研究了在一维光子晶体中插入缺陷层的透光特性。在无缺陷层的一维光子晶体中能产生467~510 nm、1 279~1 715 nm两处明显的光子带隙。重点研究了插入缺陷层后,在1 279~1 715 nm的光子带隙中缺陷层厚度和入射角度大小分别与透射光谱变化的关系。研究发现：缺陷模的位置对入射角变化很敏感;出现缺陷模的数量和插入缺陷层的数量相同;一维光子晶体厚度的增大不会改变缺陷模的数量和位置,只改变透射峰的宽度和透射率。     

异质三周期光子晶体的光子带隙特性

利用传输矩阵法研究了由TiO₂和SiO₂两种材料构成的异质三周期一维光子晶体的传光特性,发现该结构能在波长为200~ 2 000 nm的范围内形成7处比较明显的光子带隙,并且波长越大,带隙的宽度越大。重点研究了这种结构的光子晶体的透射谱线与入射角度、介质层数及介质层厚度的关系,发现该结构形成的光子带隙的大小和位置对介质层的循环周期数不敏感,但对入射角度和介质层的厚度很敏感。     

异质单周期内对称光子晶体的光子带隙特性

利用传输矩阵法,理论上对由TIO₂和SiO₂构成的异质单周期内对称光子晶体的透射谱进行仿真,分别改变入射光的角度、光子晶体介质层数和BA两层的厚度比,观察其透射谱,研究发现该结构形成的光子带隙的位置大小对介质层数的变化不敏感,但对入射角和BA两层厚度比的变化很敏感,这一研究对于光子晶体的设计具有重要意义.     

超窄带和梳状多通道光子晶体滤波器设计

 设计了一种因掺杂而具有超窄带滤波特性的光子晶体滤波器和一种复周期结构的梳状多通道光子晶体滤波器。在两种均匀介质交替分布的周期结构中间插入一层折射率不同的介质膜后,通过传输矩阵法的数值计算,发现采用前后不对称的周期结构并调节参数,可以在1 550 nm处找到一个透射率接近100%的极窄的透过峰,因而可得到一种超窄带光子晶体滤波器。另外,在以高低两种折射率的介质交替分布,并以两种单独的单元周期合并组成一个复周期,然后进行周期重复构成的光子晶体中,利用通道数等于复周期数减1的规律,并配合各层厚度的调节,设计出在1 550 nm附近梳状8通道和16通道的光子晶体滤波器,各通道透过峰的透射率均接近100%,由此设计出一种梳状多通道光子晶体滤波器。     

缺陷态光子晶体带隙特性的计算机仿真

基于平面波展开法,设计缺陷态二维正方晶格光子晶体结构,改变构成缺陷态结构的材料、占空比,应用Matlab语言计算机仿真得到,高介电常数材料构成的缺陷态光子晶体形成较宽的横磁波光子带隙,占空比在30％时形成较宽的横磁波光子带隙.研究结论为缺陷态光子晶体滤波器件的制作提供理论依据.     

超窄带和多通道窄带光子晶体滤波器

构造了形如(AB)^mB^n(BA)^m的一维光子晶体，并利用光学传输矩阵法对这种光子晶体进行了数值模拟计算，对其光子能带特性进行了分析。计算结果表明，当m=6、m=4，而n变化时，在一定的波段范围内，在这种结构光子晶体的禁带区内分别获得了一个和多个很窄的透过峰：这种结构的光子晶体可以用来制作超窄带滤波器和多通道窄带滤波器，有望在光通信超密度波分复用技术和光学信息精密测量技术中获得广泛应用.     

色散光子晶体GHz波段的传输特性

将两单负材料耦合后,再与一双负材料交替生成光子晶体。然后利用传输矩阵法对该光子晶体的能带和缺陷模进行了研究。结果表明:这种结构的光子晶体具有一种新型的光子带隙,不随晶格常数的缩放而移动;当引入普通电介质缺陷层时,缺陷模对入射角的改变不敏感,但缺陷模个数随着缺陷层厚度的增加而增多。     

光子晶体带隙和缺陷的特性

基于平面波展开法,以介电常数分别为1F/m和13F/m的物质构成三角晶格二维光子晶体,改变空气孔半径r与晶格常数a之间的大小,数值模拟得到r=0.48a时形成最大完全带隙0.4298-0.5192Hz.移去中心圆柱形成缺陷,数值模拟得到不能形成完全带隙结构,研究结论为光子晶体器件的制作提供参考.     

一维类梳状光子晶体中的缺陷模研究

本文研究了一种一维类梳状光子晶体的事结构及缺陷态对带隙的影响。发现这种结构的带隙来源于结构 周期性及所接分支所形成的共振态。通过移去或插入一定数目的缺陷分支在带隙中将形成局域态，通过对透射系数的研究，发现局域态以窄的尖峰形式出现在透射谱中，并且，局域态的性质与所接缺陷的数目、缺陷分支的长度及所接的位置有关。     

一维光子晶体缺陷模的偏振特性研究

利用周期结构的布洛赫定理推导了一维无限光子晶体缺陷模方程,研究了缺陷模的偏振特性,以及在不同入射角和缺陷层厚度下缺陷模位置的变化.利用传输矩阵方法对有限周期数光子晶体也进行了研究,分别对应一维无限光子晶体和有限周期数光子晶体给出了数值计算结果.通过比较这两者的数值结果得出了缺陷模随入射角和缺陷层厚度变化的一般规律.     

一种类分形结构光子晶体的能带

用时域有限差分方法计算了一种类分形结构光子晶体的能带.数值计算结果表明,这种结构的光子晶体在介质柱、空气背景的情况下具有不完全带隙.而且,其能带结构随着级数的增大在整体地趋向于低频的同时,能带结构也趋于稳定.     

一维光子晶体的缺陷模特性研究

利用传输矩阵法研究了缺陷层有吸收的一维光子晶体的带隙结构，在中心波长附近利用泰勒展开式的一级近似得到了缺陷模的高度和半峰全宽的计算公式.研究发现，消光系数、介质周期数和缺陷层厚度对缺陷模高度的影响较大，它们的增大均使缺陷模高度快速下降;而对半峰全宽的影响主要取决于介质的周期数，随周期数的增大缺陷模快速变窄.     

基于GaAs/AlxGa1-xAs多量子阱光子晶体的窄带滤波器

讨论了利用GaAs/AlxGa1-xAs多量子阱构成的一维光子晶体实现窄带滤波的原理.研究了外加电场下GaAs/AlxGa1-xAs多量子阱的激子吸收所导致的反常色散行为.研究发现,在反常色散材料的共振频率附近,存在一个较强色散且吸收很小的区域,该区域内的色散可以在PCs的带隙中产生一个窄的通频带,其对应的最大透过率约为0.73,全固态滤光器的带宽约为4.9 nm,并可利用外加电场进行调谐,这将为设计一种全新的固态滤波器提供指导.     

Photonic Band Gap in Two-Dimensional Anisotropic Photonic Crystal with Rectangular Bars

Photonic band gap (PBG) in two-dimensional (2D) anisotropic photonic crystal (PC) constructed of rectangular bars has been numerically studied by using Transfer Matrix Method (TMM). The results show that the PBG is bounded by the lower band edge of TE wave and the upper band edge of TM wave. Its width simply increases with increasing of shape parameter . It reaches a maximum value as the structure degenerates into its 1D counterpart, due to the complete overlapping of gaps in TE and TM waves. The anisotropy in PC structure results in the transmission anisotropic property. One can design the PBG structures in different incident directions to match their application demand.     

一维光子晶体缺陷模偏振特性的研究

利用一维光子晶体的透射率公式,计算出一维光子晶体掺杂后TE波和TM波缺陷模的波长随入射角的响应曲线、缺陷模透射峰随入射角的响应曲线、缺陷模透射峰随入射波长的响应曲线.研究发现,TE波和TM波的缺陷模透射峰均随入射角的增加而向短波方向移动；TE波缺陷模透射峰的半高宽度(FWHM)和峰值随入射角的增加而减小,而TM波缺陷模透射峰的半高宽度(FWHM)和峰值确随入射角的增加而增加；对TM波其波长为λ0的缺陷模也存在明显的“广义布儒斯特角”现象, TE波的缺陷模不存在“广义布儒斯特角”现象.     

准分形光子晶体多频带隙的特性及其应用

用时域有限差分方法计算了多种准分形结构光子晶体的能带. 数值计算结果表明, 这些结构的光子晶体存在多频带隙的特点, 且带隙的宽度及中心频率以及带隙中导带的中心频率均随准分形光子晶体单胞内结构单元几何形状的改变而改变.     

基于液晶缺陷层的一维可调谐光子晶体滤波器研究

从液晶连续体理论出发,用数值方法分析了以向列相液晶为缺陷层的Si/SiO2一维光子晶体滤波器的调谐原理和调谐量与外场的关系.确定出一种滤波带宽小、调谐范围大的滤波器的结构参量.模拟计算结果显示,该滤波器在外加电压为0.955~5 V时的调谐范围为1 600.6~1 499.8 nm,调谐量达到100.8 nm,完全覆盖了C波段,以及S波段和L波段的绝大部分区域.在整个调谐范围内,其3 dB带宽在0.074~0.090 nm之间,带宽的差异小于17.8%.     

一维掺杂光子晶体缺陷模的共振理论

为了得到一维掺杂光子晶体的共振理论,建立了一维掺杂光子晶体的谐振腔模型,利用谐振腔的共振条件推导出缺陷模频率满足的解析公式,从理论上解释了产生一维掺杂光子晶体缺陷模的物理机理.利用频率的解析公式对缺陷模的频率随入射角、杂质光学厚度以及杂质折射率的变化规律进行了研究,解释了一维掺杂光子晶体缺陷模的变化规律.与特征矩阵法的计算结果相比,其结果完全吻合,从而证明了共振理论的正确性,弥补了一维光子晶体研究中数值计算方法的不足.